高濃度異丁烯采用混相床反應器生產mtbe的方法
【技術領域】
[0001]本發明是一種高異丁烯含量混合碳四原料采用混相床反應器和催化蒸餾技術相結合與甲醇反應生產MTBE的工藝。
【背景技術】
[0002]MTBE是一種重要的汽油添加劑，亦可以用作制取高純度異丁烯。利用混合碳四與甲醇進行醚化反應，是MTBE的主要生產方式。混合碳四的來源主要有兩種:一種是FCC副產的混合碳四，其中異丁烯的含量在15%-20%之間；一種是乙烯裝置副產的混合碳四，其中異丁烯的含量在40%-45%之間。
異丁烯和甲醇合成MTBE的醚化反應是一種放熱反應。根據取熱方式的不同，MTBE醚化反應器有以下幾種不同的形式:
1、列管式固定床技術
采用下流式固定床反應器，異丁烯與甲醇在強酸性陽離子交換樹脂存在下液相反應生成MTBE。混合C4料中的異丁烯與甲醇在列管固定床反應器的管程中，在催化劑的作用下進行反應。反應熱由殼程冷卻水取走；生成的MTBE產品在共沸蒸餾塔中分離，未反應的C4、甲醇從塔頂流出，經水萃取分離后，到甲醇回收塔回收未反應甲醇。該技術的特點是催化劑使用效率高，但反應器結構復雜、造價高，催化劑床層存在熱點，反應熱不能利用，異丁烯轉化率為90%?95%。
[0003]2、固定床外循環技術
固定床外循環工藝的工藝流程為混合C4物料中的異丁烯與甲醇預熱到一定溫度后，從頂部進入反應器，在催化劑的作用下進行反應。為了控制反應溫度，將反應后的部分物料經冷卻后循環回反應器中；生成的MTBE產品在共沸蒸餾塔中分離，未反應的甲醇經水萃取后，到甲醇回收塔回收。該技術的特點是反應器結構簡單，操作靈活，但催化劑的利用率低，反應熱不能利用。異丁烯轉化率為90%?95%。
[0004]3、膨脹床反應技術
膨脹床反應合成MTBE的工藝流程為混合C4物料中異丁烯與甲醇以一定比例混合，預熱到一定溫度后從反應器底部進入反應器，在強酸性陽離子交換樹脂催化劑作用下進行反應。為了控制反應溫度，反應后的部分物料經冷卻后循環至反應器底部，與新鮮物料混合后進入床層。該技術的特點是反應器結構簡單，在上升流體的作用下，反應器內催化劑床層處于膨脹狀態，催化劑顆粒有不規則的自轉和輕微擾動，整個床層壓降小且恒定，床層徑向溫度分布均勻，不存在局部熱點，有利于抑制副產物二甲醚的生成，保持烷基化原料質量。煉油型的膨脹床工藝，異丁烯轉化率90%?92%。化工型膨脹床工藝的異丁烯轉化率在99%以上。但是催化劑使用效率低，操作通性小，反應熱不能利用。
[0005]4、混相床反應技術
混相床合成MTBE的工藝流程為混合C4物料中異丁烯與甲醇以一定比例混合，預熱到一定溫度后進入反應器，在催化劑的作用下反應。反應熱使反應物料溫度升高，當溫度升高到操作壓力下的泡點時，反應熱由部分反應物料氣化吸收。該技術的特點是反應器結構簡單，利用了反應熱，降低了能耗和設備投資。異丁烯轉化率為90%?95%。該工藝的主要特征是合成MTBE的反應不是在純液相條件下進行，而是控制較低壓力，使反應在相應壓力的沸點下進行。控制反應壓力可使反應在所需要的溫度下進行。反應物料呈氣液混相狀態，反應熱由反應器內混合C4在泡點下氣化帶走，不用外循環取熱。這樣就消除了固定床和膨脹床工藝外循環取熱稀釋反應物濃度及增加逆反應推動力的弊端，從而大大提高了催化劑的利用率，與化工型固定床工藝相比可減少催化劑用量約40%。如果進入反應器的異丁烯含量太高，反應放熱量很多，進料中惰性碳四即使全部汽化也吸收不了反應熱，此時，床層溫度就不能有效控制了。目前，混相床反應技術的應用范圍只能在異丁烯含量在30%以下。
[0006]5、催化蒸餾技術
催化蒸餾技術是在催化蒸餾塔中，同時進行MTBE的合成與產物的分離。催化蒸餾塔分為三段，上部為精餾段，中部為反應段，下部為汽提段。該技術的特點是將反應和產品分離結合在一臺設備中進行，由于反應與分離同時進行，破壞了反應平衡，提高了轉化率，縮短了工藝流程，減少了設備投資，利用了反應熱，降低了能耗。但催化蒸餾技術投資高，催化劑裝填難度大，不適合處理異丁烯含量高的原料，一般與其他技術聯合使用。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種針對高濃度異丁烯碳四原料采用混相床反應器和催化劑蒸餾技術相結合生產MTBE的工藝。
[0008]本發明采用的工藝流程包括以下步驟:(1)高異丁烯含量碳四原料和甲醇以及循環物料混合后進入混相床反應器，在催化劑的作用下進行醚化反應。(2)反應后的物料進入閃蒸塔進行氣液分離。(3)閃蒸塔出口的液相物料部分作為循環物料返回，剩余部分送入催化蒸餾塔；氣相物料直接送入催化蒸餾塔進行催化蒸餾過程。(4)循環物料經過加壓后進入換熱器與冷卻水進行換熱，冷卻后與反應原料混合進入混相床反應器進行醚化反應。
[0009]所述的混相床反應器為在反應器內部發生反應的同時有液相汽化的反應器，反應器內部含有汽液兩相。
[0010]本發明較優的反應條件:混相床反應器空速1-1.51Γ1 (以進入反應器的總流量計，包括原料混合碳四、甲醇以及循環物料的流量之和)，入口溫度30?60°C，反應壓力控制在0.50?0.80MPa。原料碳四中異丁烯和甲醇按分子比1:0.8?1:1.2混合。循環物料的流量控制在碳四原料流量的30%?60%。循環物料冷卻后的溫度為30-50°C。催化蒸餾塔的回流比為0.7?1.2。催化蒸餾塔塔頂壓力為0.40?0.80MPa。
[0011]本發明在醚化反應和催化蒸餾時使用的催化劑為大型陽離子交換樹脂。
[0012]和現有技術相比，本發明具有以下優點:針對高含量異丁烯的碳四原料，采用閃蒸液相循環的工藝，將混相床技術和催化蒸餾技術相結合，最大限度的利用了反應熱，降低了能耗和設備投資。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明高含量異丁烯混合碳四合成MTBE工藝流程圖。
[0014]其中，101-混合器；102_換熱器；103_混相床反應器；104_閃蒸罐；；105_回流泵；106-催化蒸餾塔。
【具體實施方式】
[0015]本發明下面將結合實施例作進一步詳述。這些實施例應理解為僅用于說明本發明而不用于限制本發明的保護范圍。在閱讀了本發明記載的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發明權利要求所限定的范圍。
[0016]實施例1
如圖1所示，本發明第一實施例提供的是高含量異丁烯混合碳四合成MTBE工藝流程。
[0017]將含45%wt異丁烯的混合碳四與甲醇經混合器101充分混合后，異丁烯和甲醇按分子比1:0.8混合，通過進料預加熱器102加